JP4234077B2 - Data storage device and method for reading data in the data storage device - Google Patents

Data storage device and method for reading data in the data storage device Download PDF

Info

Publication number
JP4234077B2
JP4234077B2 JP2004225222A JP2004225222A JP4234077B2 JP 4234077 B2 JP4234077 B2 JP 4234077B2 JP 2004225222 A JP2004225222 A JP 2004225222A JP 2004225222 A JP2004225222 A JP 2004225222A JP 4234077 B2 JP4234077 B2 JP 4234077B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
conduction
data storage
barrier
region
probe tip
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2004225222A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2005056554A (en
Inventor
ゲイリー・エイ・ギブソン
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hewlett Packard Development Co LP
Original Assignee
Hewlett Packard Development Co LP
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hewlett Packard Development Co LP filed Critical Hewlett Packard Development Co LP
Publication of JP2005056554A publication Critical patent/JP2005056554A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4234077B2 publication Critical patent/JP4234077B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y10/00—Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B9/00—Recording or reproducing using a method not covered by one of the main groups G11B3/00 - G11B7/00; Record carriers therefor
    • G11B9/12—Recording or reproducing using a method not covered by one of the main groups G11B3/00 - G11B7/00; Record carriers therefor using near-field interactions; Record carriers therefor
    • G11B9/14—Recording or reproducing using a method not covered by one of the main groups G11B3/00 - G11B7/00; Record carriers therefor using near-field interactions; Record carriers therefor using microscopic probe means, i.e. recording or reproducing by means directly associated with the tip of a microscopic electrical probe as used in Scanning Tunneling Microscopy [STM] or Atomic Force Microscopy [AFM] for inducing physical or electrical perturbations in a recording medium; Record carriers or media specially adapted for such transducing of information
    • G11B9/1409—Heads
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B9/00—Recording or reproducing using a method not covered by one of the main groups G11B3/00 - G11B7/00; Record carriers therefor
    • G11B9/12—Recording or reproducing using a method not covered by one of the main groups G11B3/00 - G11B7/00; Record carriers therefor using near-field interactions; Record carriers therefor
    • G11B9/14—Recording or reproducing using a method not covered by one of the main groups G11B3/00 - G11B7/00; Record carriers therefor using near-field interactions; Record carriers therefor using microscopic probe means, i.e. recording or reproducing by means directly associated with the tip of a microscopic electrical probe as used in Scanning Tunneling Microscopy [STM] or Atomic Force Microscopy [AFM] for inducing physical or electrical perturbations in a recording medium; Record carriers or media specially adapted for such transducing of information
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L2201/00—Properties
    • C08L2201/12—Shape memory
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B11/00—Recording on or reproducing from the same record carrier wherein for these two operations the methods are covered by different main groups of groups G11B3/00 - G11B7/00 or by different subgroups of group G11B9/00; Record carriers therefor
    • G11B11/08—Recording on or reproducing from the same record carrier wherein for these two operations the methods are covered by different main groups of groups G11B3/00 - G11B7/00 or by different subgroups of group G11B9/00; Record carriers therefor using recording by electric charge or by variation of electric resistance or capacitance
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B11/00—Recording on or reproducing from the same record carrier wherein for these two operations the methods are covered by different main groups of groups G11B3/00 - G11B7/00 or by different subgroups of group G11B9/00; Record carriers therefor
    • G11B11/16—Recording on or reproducing from the same record carrier wherein for these two operations the methods are covered by different main groups of groups G11B3/00 - G11B7/00 or by different subgroups of group G11B9/00; Record carriers therefor using recording by mechanical cutting, deforming or pressing
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B5/00—Recording by magnetisation or demagnetisation of a record carrier; Reproducing by magnetic means; Record carriers therefor
    • G11B2005/0002—Special dispositions or recording techniques
    • G11B2005/0005—Arrangements, methods or circuits
    • G11B2005/0021—Thermally assisted recording using an auxiliary energy source for heating the recording layer locally to assist the magnetization reversal
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B9/00—Recording or reproducing using a method not covered by one of the main groups G11B3/00 - G11B7/00; Record carriers therefor
    • G11B9/12—Recording or reproducing using a method not covered by one of the main groups G11B3/00 - G11B7/00; Record carriers therefor using near-field interactions; Record carriers therefor
    • G11B9/14—Recording or reproducing using a method not covered by one of the main groups G11B3/00 - G11B7/00; Record carriers therefor using near-field interactions; Record carriers therefor using microscopic probe means, i.e. recording or reproducing by means directly associated with the tip of a microscopic electrical probe as used in Scanning Tunneling Microscopy [STM] or Atomic Force Microscopy [AFM] for inducing physical or electrical perturbations in a recording medium; Record carriers or media specially adapted for such transducing of information
    • G11B9/1418—Disposition or mounting of heads or record carriers
    • G11B9/1427—Disposition or mounting of heads or record carriers with provision for moving the heads or record carriers relatively to each other or for access to indexed parts without effectively imparting a relative movement
    • G11B9/1436—Disposition or mounting of heads or record carriers with provision for moving the heads or record carriers relatively to each other or for access to indexed parts without effectively imparting a relative movement with provision for moving the heads or record carriers relatively to each other
    • G11B9/1445—Disposition or mounting of heads or record carriers with provision for moving the heads or record carriers relatively to each other or for access to indexed parts without effectively imparting a relative movement with provision for moving the heads or record carriers relatively to each other switching at least one head in operating function; Controlling the relative spacing to keep the head operative, e.g. for allowing a tunnel current flow
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B9/00—Recording or reproducing using a method not covered by one of the main groups G11B3/00 - G11B7/00; Record carriers therefor
    • G11B9/12—Recording or reproducing using a method not covered by one of the main groups G11B3/00 - G11B7/00; Record carriers therefor using near-field interactions; Record carriers therefor
    • G11B9/14—Recording or reproducing using a method not covered by one of the main groups G11B3/00 - G11B7/00; Record carriers therefor using near-field interactions; Record carriers therefor using microscopic probe means, i.e. recording or reproducing by means directly associated with the tip of a microscopic electrical probe as used in Scanning Tunneling Microscopy [STM] or Atomic Force Microscopy [AFM] for inducing physical or electrical perturbations in a recording medium; Record carriers or media specially adapted for such transducing of information
    • G11B9/1463—Record carriers for recording or reproduction involving the use of microscopic probe means
    • G11B9/1472—Record carriers for recording or reproduction involving the use of microscopic probe means characterised by the form
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B9/00—Recording or reproducing using a method not covered by one of the main groups G11B3/00 - G11B7/00; Record carriers therefor
    • G11B9/12—Recording or reproducing using a method not covered by one of the main groups G11B3/00 - G11B7/00; Record carriers therefor using near-field interactions; Record carriers therefor
    • G11B9/14—Recording or reproducing using a method not covered by one of the main groups G11B3/00 - G11B7/00; Record carriers therefor using near-field interactions; Record carriers therefor using microscopic probe means, i.e. recording or reproducing by means directly associated with the tip of a microscopic electrical probe as used in Scanning Tunneling Microscopy [STM] or Atomic Force Microscopy [AFM] for inducing physical or electrical perturbations in a recording medium; Record carriers or media specially adapted for such transducing of information
    • G11B9/1463—Record carriers for recording or reproduction involving the use of microscopic probe means
    • G11B9/149—Record carriers for recording or reproduction involving the use of microscopic probe means characterised by the memorising material or structure

Description

本発明は、包括的にデータ記憶媒体に関し、より詳細には、データ記憶デバイス及びデータ記憶デバイス内のデータを読み出す方法に関する。   The present invention relates generally to data storage media, and more particularly to a data storage device and a method for reading data in the data storage device.

コンピュータ及び他のタイプの電子デバイスのための記憶媒体は、一般的に、２つのタイプ、すなわち揮発性メモリ及び不揮発性メモリの形をとる。揮発性メモリは、電源がメモリに供給されなくなると、その内容を失うのに対して、不揮発性メモリは、電源がメモリに供給されていないときでも、その内容を保持する。最も多く見られる揮発性メモリは、揮発性ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）であり、それは最も一般的には集積回路（ＩＣ）の形で入手することができ、集積回路として実装される。用語「データ記憶媒体」は、本明細書では広範な意味で用いられ、ＩＣメモリ及び他のタイプのデータ記憶媒体を含む。   Storage media for computers and other types of electronic devices generally take two forms: volatile memory and non-volatile memory. Volatile memory loses its contents when power is no longer supplied to the memory, whereas non-volatile memory retains its contents even when power is not supplied to the memory. The most common volatile memory is volatile random access memory (RAM), which is most commonly available in the form of an integrated circuit (IC) and is implemented as an integrated circuit. The term “data storage medium” is used herein in a broad sense and includes IC memory and other types of data storage media.

それと比較すると、不揮発性メモリは、おそらくより一般的には、ハードディスクドライブ，フロッピー（登録商標）ディスク，コンパクトディスクリードオンリーメモリ（ＣＤ−ＲＯＭ），ＣＤリライタブル（ＣＤ−ＲＷ）ディスク，デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）などを含む、磁気及び光学媒体として入手することができ、実装される。従来では、ＩＣとして実装される不揮発性メモリは、主に、ハードワイヤードＲＯＭ及びプログラマブルＲＯＭ（ＰＲＯＭ）のような、記録し直すことができないＲＯＭとして入手することができた。最近になって、ＩＣ不揮発性メモリが種々のタイプのフラッシュメモリとして入手できるようになっており、それは、電気的に消去可能なＰＲＯＭ（ＥＥＰＲＯＭ）として技術的に広く知られている。   In comparison, non-volatile memory is probably more commonly used in hard disk drives, floppy disks, compact disk read only memory (CD-ROM), CD rewritable (CD-RW) disks, and digital versatile disks. (DVD) etc. are available and implemented as magnetic and optical media. Conventionally, non-volatile memories implemented as ICs have been available primarily as ROMs that cannot be re-recorded, such as hard-wired ROMs and programmable ROMs (PROMs). Recently, IC non-volatile memory has become available as various types of flash memory, which is widely known in the art as electrically erasable PROM (EEPROM).

コンピュータ業界が一般的に目標とするのは、コンピュータによって用いられる記憶媒体の記憶密度を高めることである。しかしながら、全ての新規の技術は、その新規の技術の中でさらに改善し続けるだけの余地を残すために、長期的な展望を提供しなければならない。これは、記憶技術の根本的な変更がある毎に、コンピュータ業界は、その新たな技術に関連する任意の技術的な目標を達成するために、既存の製造設備を改造するか、又は既存の設備を新規の設備に入れ替えるため、莫大な投資を行わなければならないという事実による。従って、記憶技術がさらに発展していくための結論として、より高められた記憶エリア密度を有する任意の新規技法は、さらにスケールダウン、望ましくはナノメートル、さらには原子スケールにまでスケールダウンしていくための長期的な可能性を持たなければならない。   The general goal of the computer industry is to increase the storage density of storage media used by computers. However, all new technologies must provide a long-term view in order to leave room for further improvement within the new technologies. This means that each time there is a fundamental change in storage technology, the computer industry either modifies existing manufacturing equipment or establishes existing ones to achieve any technical goals related to the new technology. Due to the fact that a huge investment has to be made to replace the equipment with new equipment. Thus, the conclusion for further development of storage technology is that any new technique with a higher storage area density will scale down further, preferably down to nanometers, and even to the atomic scale Must have long-term potential for.

簡単で、しかもこれらの長期にわたる展望を提供する唯一の利用可能な手段として今日知られているものは、ナノメートルプローブチップである。そのような先端構造は、原子スケールまでイメージングし構造化するための、あらゆる原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）及び走査トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）において用いられる。簡単な先端構造は、１つの機能性、すなわち極微の部分に相互作用を閉じ込めることに的をしぼった、非常に信頼性の高い手段である。   The only known means available today that is simple and provides these long-term perspectives is the nanometer probe tip. Such tip structures are used in any atomic force microscope (AFM) and scanning tunneling microscope (STM) for imaging and structuring to the atomic scale. A simple tip structure is a very reliable means of focusing on one functionality, namely confining the interaction in a very small part.

近年では、ポリマー記憶媒体におけるＡＦＭ熱機械記録が、主に、より簡単にするために、かつデータ速度及び記憶密度を高めるために設計されるセンサ及びヒータを集積することに関して、大幅な変更を受けている。ヒータカンチレバーを用いるとき、４００Ｇｂ／ｉｎ．ｓｕｐ．２記憶密度での熱機械記録と、読出しの場合に数Ｍｂ／ｓ、及び書込みの場合に１００ｋｂ／ｓのデータ速度とが実証されている。   In recent years, AFM thermomechanical recording in polymer storage media has undergone significant changes primarily with respect to integrating sensors and heaters designed to be simpler and to increase data rates and storage density. ing. When using a heater cantilever, 400 Gb / in. sup. Thermomechanical recording at 2 memory densities and data rates of several Mb / s for reading and 100 kb / s for writing have been demonstrated.

そのような従来の熱機械式の書込みは、ポリマー層にカンチレバー／先端構造による局部的な力を加えること、及び局部的に加熱することによりそれを軟化させることの組み合わせである。十分な熱を加えることにより、あるビットを書き込むための窪み（インデンテーション（indentation）；刻み目）を記憶媒体内に形成することができ、カンチレバーが移動して、その窪みの中に入るときに撓み、それとともに検知回路の電気抵抗が変化するという事実によって、そのビットは同じ先端構造で読み出すことができる。   Such conventional thermomechanical writing is a combination of applying a local force by the cantilever / tip structure to the polymer layer and softening it by heating locally. By applying sufficient heat, an indentation (indentation) can be formed in the storage medium for writing a bit, and the cantilever is deflected as it moves into the indentation. With the fact that the electrical resistance of the sensing circuit changes with it, the bit can be read out with the same tip structure.

データ又はビットを書き込むとき、小さなコンタクトエリアを介して先端構造からポリマーに伝達される熱は、最初は非常に少ないが、コンタクトエリアが大きくなるのに従って多くなる。これは、溶融過程を開始するのに、先端構造が比較的高い温度まで加熱されなければならないことを意味する。一旦、溶融が開始されると、先端構造はポリマーに圧入され、それにより、ポリマーへの熱伝達が大きくなり、溶融されるポリマーの体積が増加し、それゆえビットのサイズが拡大する。溶融が始まり、コンタクトエリアが拡大された後に、窪みを生成するために利用することができる加熱電力は、少なくとも１０倍だけ増加する、すなわち全加熱電力の２％以上になる（設計による）。一旦、ビットが書き込まれたなら、読出し過程ができる限り効率的に行われることが非常に重要である。   When writing data or bits, the heat transferred from the tip structure to the polymer through the small contact area is initially very small but increases as the contact area grows. This means that the tip structure must be heated to a relatively high temperature to initiate the melting process. Once melting is initiated, the tip structure is pressed into the polymer, thereby increasing the heat transfer to the polymer, increasing the volume of the polymer to be melted, and thus increasing the size of the bit. After melting has started and the contact area has been expanded, the heating power available to create the depression will increase by at least a factor of 10, ie more than 2% of the total heating power (by design). It is very important that once a bit is written, the read process is performed as efficiently as possible.

従って、必要とされているのは、これらのビットを効率的かつ迅速に読み出すことができる方法及びシステム（デバイス）である。その方法及びシステムは簡単であり、かつ、既存の技術に容易に適合させることができなければならない。本発明はこれらの要件に対処する。   Therefore, what is needed is a method and system (device) that can read these bits efficiently and quickly. The method and system must be simple and easily adaptable to existing technology. The present invention addresses these requirements.

本発明は、データ記憶デバイス、並びに、データ記憶デバイス内のデータを読み出す方法を含む。従って、本発明の第１の態様は、データ記憶デバイスである。データ記憶デバイスは、伝導障壁（伝導バリア）と、サスペンション機構上に取り付けられるプローブチップ（probe tip；プローブ先端構造）と、伝導障壁を通り抜ける電子の流れを放出するためにサスペンション機構に結合される電圧源と、放出される電子の流れの大きさを検知するための検知機構とを備えており、電子の流れの大きさはプローブチップと検知機構との間の距離に基づいている。   The present invention includes a data storage device and a method for reading data in the data storage device. Accordingly, a first aspect of the present invention is a data storage device. The data storage device includes a conduction barrier, a probe tip mounted on the suspension mechanism, and a voltage coupled to the suspension mechanism to emit a flow of electrons through the conduction barrier. A source and a sensing mechanism for sensing the magnitude of the emitted electron flow, the magnitude of the electron flow being based on the distance between the probe tip and the sensing mechanism.

本発明の第２の態様は、データ記憶デバイス内のデータを読み出す方法である。本方法は、伝導障壁を配設することであって、伝導障壁はデータ記憶媒体を含む伝導障壁を配設すること、サスペンション機構を介して伝導障壁にわたってプローブチップを吊り下げた状態で支持すること、サスペンション機構に結合される電圧源から伝導障壁を通り抜ける電子の流れを放出すること、及び検知機構を用いて、電圧源から放出される電子の流れの大きさを検知することを含み、電子の流れの大きさはプローブチップと検知機構との間の距離に基づく。   A second aspect of the present invention is a method for reading data in a data storage device. The method includes providing a conductive barrier, the conductive barrier including a conductive barrier including a data storage medium, and supporting the probe tip in a suspended state over the conductive barrier via a suspension mechanism. Emitting a flow of electrons through the conduction barrier from a voltage source coupled to the suspension mechanism, and using a sensing mechanism to detect the magnitude of the electron flow emitted from the voltage source, The magnitude of the flow is based on the distance between the probe tip and the detection mechanism.

本発明の他の態様及び利点は、本発明の原理を例示する添付の図面とともに取り上げられる、以下に記載される詳細な説明から明らかになるであろう。   Other aspects and advantages of the present invention will become apparent from the following detailed description, taken in conjunction with the accompanying drawings, illustrating by way of example the principles of the invention.

ここで参照される図面は、本明細書の一部を構成する。図面に示される特徴は、特に明示されない限り、本発明のいくつかの実施形態のみを例示しており、本発明の全ての実施形態を例示することを意図するわけではなく、さらにそれ以外に関しても、不利になるような解釈がなされるべきではない。   The drawings referred to here constitute a part of this specification. The features illustrated in the drawings, unless otherwise specified, illustrate only some embodiments of the invention and are not intended to illustrate all embodiments of the invention, and others Should not be interpreted in a way that would be disadvantageous.

本発明は、データ記憶デバイス、及び、データ記憶デバイス内のデータを読み出す方法に関連する。以下の説明は、当業者が本発明を実施し、利用できるようにするために提供され、特許出願及びその要件に沿った形で与えられる。本明細書に記載される実施形態への種々の変更、並びに一般原理及び特徴は当業者には容易に明らかになるであろう。従って、本発明は、図示される実施形態に限定されることを意図するわけではなく、本明細書に記載される原理及び特徴と矛盾しない最も広い範囲を与えられるべきである。   The present invention relates to a data storage device and a method for reading data in the data storage device. The following description is provided to enable any person skilled in the art to make and use the invention and is provided in a form consistent with the patent application and its requirements. Various modifications to the embodiments described herein, as well as general principles and features, will be readily apparent to those skilled in the art. Accordingly, the present invention is not intended to be limited to the embodiments shown, but is to be accorded the widest scope consistent with the principles and features described herein.

本発明の様々な実施形態に基づいて、データ記憶デバイス、及び、データ記憶デバイス内のデータを読み出す方法を開示する。従って、プローブチップ及びそのサスペンション機構の中に導電性経路が形成され、その経路は電源に結合され、それによりプローブチップ及び／又はサスペンションの一部に電圧を印加できるようにする。プローブチップが記憶媒体にわたって走査されるとき、その先端構造が記憶媒体内のビットに出会うのに応じて、先端構造と下側にある記憶媒体との間のギャップが変化する。先端構造と下側にある記憶媒体との間のギャップが変化するとき、その大きさがこのギャップに依存するモニタ可能な電子の流れが、電圧源を介して電流検知機構の中に注入されることができる。従って、それにより、電子の流れ、それゆえ記憶媒体内のビットの存在が電流検知機構によってモニタされる読出し方式を実施することができる。   In accordance with various embodiments of the present invention, a data storage device and a method for reading data in the data storage device are disclosed. Accordingly, a conductive path is formed in the probe tip and its suspension mechanism, and the path is coupled to a power source, thereby allowing a voltage to be applied to the probe tip and / or a portion of the suspension. As the probe tip is scanned across the storage medium, the gap between the tip structure and the underlying storage medium changes as the tip structure encounters a bit in the storage medium. As the gap between the tip structure and the underlying storage medium changes, a flow of monitorable electrons whose magnitude depends on this gap is injected into the current sensing mechanism via a voltage source. be able to. Thus, it is possible to implement a readout scheme in which the flow of electrons and hence the presence of bits in the storage medium is monitored by a current sensing mechanism.

図１は、本発明の一実施形態による方法の上位レベルのフローチャートである。第１のステップ１１０は、伝導障壁を配設するステップを含む。その伝導障壁は、データ記憶媒体を備える。第２のステップ１２０は、サスペンション機構を介して、プローブチップを伝導障壁にわたって吊り下げた状態で支持するステップを含む。第３のステップ１３０は、サスペンション機構に結合される電圧源から、伝導障壁を通り抜ける電子の流れを放出するステップを含む。最後のステップ１４０は、検知機構を用いて、電圧源から放出される電子の流れの大きさを検知するステップを含む。その電子の流れの大きさはプローブチップと検知機構との間の距離に基づく。一実施形態では、プローブチップと検知機構との間の距離は、プローブチップがデータ記憶媒体の表面構造内にあるビットに出会うときに変化する。   FIG. 1 is a high-level flowchart of a method according to an embodiment of the invention. The first step 110 includes providing a conduction barrier. The conduction barrier comprises a data storage medium. The second step 120 includes the step of supporting the probe tip in a suspended state over the conduction barrier via the suspension mechanism. The third step 130 includes discharging a flow of electrons through the conduction barrier from a voltage source coupled to the suspension mechanism. The final step 140 includes detecting the magnitude of the flow of electrons emitted from the voltage source using a detection mechanism. The magnitude of the electron flow is based on the distance between the probe tip and the sensing mechanism. In one embodiment, the distance between the probe tip and the sensing mechanism changes when the probe tip encounters a bit that is in the surface structure of the data storage medium.

図２は、本発明の一実施形態によるデータを格納するためのシステム２００を示す図である。このシステム２００は、電圧源２０４及びカンチレバー２０６を含むサスペンション機構２０２を備える。プローブチップ２０８がカンチレバー２０６に結合されており、プローブチップ２０８は、電圧源２０４に結合された電子放出器（電子エミッタ）２１２を備える。   FIG. 2 is a diagram illustrating a system 200 for storing data according to an embodiment of the present invention. The system 200 includes a suspension mechanism 202 that includes a voltage source 204 and a cantilever 206. A probe tip 208 is coupled to the cantilever 206, and the probe tip 208 includes an electron emitter (electron emitter) 212 coupled to a voltage source 204.

システム２００は、また、伝導障壁２１４と、２つの電気的コンタクト（電気接点）２２０，２２２と、伝導領域２２４とを備える。２つの電気的コンタクト２２０，２２２及び伝導領域２２４は、電子放出器２１２から放出されて伝導障壁２１４を通り抜ける電子の流れの変化を検知するための検知機構を構成する。   The system 200 also includes a conduction barrier 214, two electrical contacts 220, 222 and a conduction region 224. The two electrical contacts 220, 222 and the conduction region 224 constitute a sensing mechanism for sensing changes in the flow of electrons emitted from the electron emitter 212 and through the conduction barrier 214.

一実施形態では、伝導障壁２１４は、２つのポリマー層２１６，２１８を含む。第１のポリマー層２１６は、データ記憶媒体としての役割を果たし、それによりデータがビット２１０の形で第１のポリマー層２１６上に格納される。第２のポリマー層２１８は、第１のポリマー層２１６内のビット２１０（１つ又は複数）の深さを制限するように作用する。一実施形態では、第１のポリマー層２１６は、軟らかいポリマー層（例えば、ポリメチルメタクリレート）であるのに対して、第２のポリマー層２１８は、より硬い層（例えば、ＳＵ８）である。第２のポリマー層２１８は、第１のポリマー層２１６よりもいくぶん硬いが、第２のポリマー層２１８は、それでも、プローブチップ２０８を摩耗及び衝撃から保護できるようにするほど十分に軟らかくなければならない。   In one embodiment, the conduction barrier 214 includes two polymer layers 216 and 218. The first polymer layer 216 serves as a data storage medium so that data is stored on the first polymer layer 216 in the form of bits 210. The second polymer layer 218 serves to limit the depth of the bit 210 (s) in the first polymer layer 216. In one embodiment, the first polymer layer 216 is a soft polymer layer (eg, polymethylmethacrylate), while the second polymer layer 218 is a harder layer (eg, SU8). The second polymer layer 218 is somewhat harder than the first polymer layer 216, but the second polymer layer 218 must still be soft enough to allow the probe tip 208 to be protected from wear and impact. .

従って、第１のポリマー層２１６にわたってプローブチップ２０８を走査することにより、第１のポリマー層２１６からデータを読み出す。プローブチップ２０８が第１のポリマー層２１６にわたって走査するのに応じて、プローブチップ２０８は、ビット２１０に出会い、これに伴いプローブチップ２０８と伝導領域２２４との間のギャップが変化する。ビット２１０としては、窪み、***、或いは記憶媒体２１６の表面構造の任意の他の変化を用いることができる。プローブチップ２０８と伝導領域２２４との間のギャップが減少すると、エネルギーを有する電子が電子放出器２１２から伝導領域２２４に注入される。プローブチップ電圧としては、プローブチップ２０８及び伝導領域２２４が伝導障壁２１４の全厚だけ分離されるときに、電子が極く僅かな速度で伝導領域２２４に注入されるような電圧が用いられる。   Accordingly, data is read from the first polymer layer 216 by scanning the probe tip 208 across the first polymer layer 216. As the probe tip 208 scans across the first polymer layer 216, the probe tip 208 encounters the bit 210, which changes the gap between the probe tip 208 and the conductive region 224. Bit 210 can be a depression, a bump, or any other change in the surface structure of storage medium 216. When the gap between the probe tip 208 and the conductive region 224 decreases, energetic electrons are injected from the electron emitter 212 into the conductive region 224. The probe tip voltage is such that when the probe tip 208 and the conduction region 224 are separated by the entire thickness of the conduction barrier 214, electrons are injected into the conduction region 224 at a very slight rate.

プローブチップ２０８がビット２１０内に入り込むとき、伝導障壁２１４を通り抜けて注入される電子の量が著しく増加する。これらの注入される電子は、印加される電圧と、伝導性材料において利用可能な状態の分布（それは伝導性材料のバンド構造及び温度による）とに依存するエネルギー分布を有するであろう。十分なエネルギーを有する注入された電子は、電子‐正孔対の生成を通してエネルギーを失うであろう。電子エネルギーＥは概ね以下の電子‐正孔対を生成するであろう。
Ｅ／（２.１Ｅg＋１.３） ……… （１）
ただし、Ｅgは伝導領域２２４のバンドギャップであり、そのエネルギーの測定単位は電子ボルトである。 As the probe tip 208 enters the bit 210, the amount of electrons injected through the conduction barrier 214 increases significantly. These injected electrons will have an energy distribution that depends on the applied voltage and the distribution of states available in the conductive material, which depends on the band structure and temperature of the conductive material. An injected electron with sufficient energy will lose energy through the generation of electron-hole pairs. Electron energy E will generally produce the following electron-hole pairs:
E / (2.1E g +1.3) (1)
Where E g is the band gap of the conduction region 224, and the unit of measurement of energy is electron volts.

プローブチップ２０８における電界が十分に大きい場合には（通常、数Ｖ／ｎｍ程度である）、電子がプローブチップ２０８から電界放出される。プローブチップ２０８と伝導領域２２４との間のギャップが変化するのに応じて、プローブチップ２０８の電界が変化する。従って、先端構造電圧として、第１のポリマー層２１６の表面構造によってギャップが変化するのに応じて、電界放出される電子の流れが、非常に低いレベルから適度に高いレベルに変化できるような電圧が選択される。最適なプローブチップ電圧は、プローブチップ２０８の形状と、プローブチップ２０８と伝導領域２２４との間にある伝導障壁２１４の誘電率とに依存する。   When the electric field at the probe tip 208 is sufficiently large (usually about several V / nm), electrons are emitted from the probe tip 208 in the field. As the gap between the probe tip 208 and the conductive region 224 changes, the electric field of the probe tip 208 changes. Therefore, as the tip structure voltage, a voltage that allows the flow of field-emission electrons to change from a very low level to a reasonably high level as the gap changes depending on the surface structure of the first polymer layer 216. Is selected. The optimum probe tip voltage depends on the shape of the probe tip 208 and the dielectric constant of the conduction barrier 214 between the probe tip 208 and the conduction region 224.

別法では、電子は、伝導障壁２１４の全て又は一部を通して生じる量子力学的トンネル現象，共鳴トンネル現象，モットホッピング，又は電気伝導過程のいくつかの組み合わせのような他の過程を介して、プローブチップ２０８から伝導領域２２４の中に注入され得る。再び、その結果として、或るエネルギー分布を有する電子の流れが伝導領域２２４の中に注入される。伝導障壁２１４が薄くなると（例えば、プローブチップ２０８がビット２１０に入り込むとき）、注入される電子の数が増加することになり、場合によっては、注入される電子のエネルギー分布がシフトする。エネルギーが十分に高い場合には、これらの注入される電子は、上記の式（１）に従って電子‐正孔対を生成する。   Alternatively, the electrons are probed through other processes such as quantum mechanical tunneling, resonant tunneling, Mott hopping, or some combination of electrical conduction processes that occur through all or part of the conduction barrier 214. It can be injected from the chip 208 into the conductive region 224. Again, as a result, a flow of electrons having a certain energy distribution is injected into the conduction region 224. As the conduction barrier 214 becomes thinner (eg, when the probe tip 208 enters the bit 210), the number of injected electrons will increase, and in some cases the energy distribution of the injected electrons will shift. If the energy is high enough, these injected electrons generate electron-hole pairs according to equation (1) above.

一旦、伝導領域２２４内に電子‐正孔対が生成されたなら、これらの生成されたキャリアは、電界をかけることにより分離され得る。一実施形態では、伝導領域２２４は陰極伝導体（cathodoconductor；カソードコンダクタ）／陰極伝導性材料（cathodoconductive material）を含む。陰極伝導体は、十分なエネルギーを有する電子のビームが照射されるときに、より高い導電性を有することができる材料である。エネルギーを有するただ１つの入射電子が多数の電子‐正孔対を生成することができる。これらの生成されたキャリアは、材料の導電性を高める。これは、光伝導体が光を照射される際に、電子‐正孔対が生成され、結果として導電率が増加することに類似である。   Once electron-hole pairs are generated in the conduction region 224, these generated carriers can be separated by applying an electric field. In one embodiment, the conductive region 224 includes a cathodoconductor / cathodoconductive material. The cathode conductor is a material that can have higher conductivity when irradiated with a beam of electrons having sufficient energy. A single incident electron with energy can generate multiple electron-hole pairs. These generated carriers increase the conductivity of the material. This is analogous to the generation of electron-hole pairs when the photoconductor is irradiated with light, resulting in increased conductivity.

従って、２つの電気的コンタクト２２０，２２２が陰極伝導領域２２４に結合され、主に陰極伝導領域２２４の平面内に電界が生成される。電子と正孔が分離され、それらが適切なコンタクトに向けて移動することにより、陰極伝導による信号電流が生じ、それは何れかの電気的コンタクト２２０，２２２においてモニタすることができる。場合によっては、電気的コンタクト２２０，２２２のうちの何れか一方、又は両方のために整流性コンタクトを用いることが有利な場合もあることに留意されたい。適切な極性の整流性コンタクトは、信号電流に競合する、電気的コンタクト間の望ましくない漏れ電流を低減することができる。   Thus, the two electrical contacts 220, 222 are coupled to the cathode conduction region 224 and an electric field is generated primarily in the plane of the cathode conduction region 224. Electrons and holes are separated and move towards the appropriate contacts, resulting in a signal current due to cathodic conduction, which can be monitored at either electrical contact 220,222. Note that in some cases it may be advantageous to use a rectifying contact for either or both of the electrical contacts 220, 222. Proper polarity rectifying contacts can reduce undesirable leakage currents between electrical contacts that compete with the signal current.

陰極伝導による信号電流は、生成電流の何倍にもなることができる（生成電流は、注入電流によって毎秒に生成される電子又は正孔の数に等しい。上記のように、生成電流は、さらに、注入電流の何倍にもなることができる）。電気的コンタクト２２０，２２２間に所与のバイアスをかける場合、陰極伝導による信号電流は、比ａ／ｂ（ここで、ａは再結合する前にキャリアが移動する距離であり、ｂは電気的コンタクト２２０，２２２間の距離である）を増加させることにより増加することができる。もう少し正確に述べると、生成電流に対する陰極伝導による電流の比は以下の式によって表される。
ｓ／ｄ＝μＥτ1／ｄ＝τ1τd ……… （２）
ただし、Ｓ＝μＥτ1は、再結合前の「衝突による行程（Ｓｃｈｕｂｗｅｇ）」すなわち平均自由行程であり、μは移動度であり、τlは再結合寿命であり、τdは電気的コンタクト２２０，２２２間の移動時間であり、ｄは電気的コンタクト２２０，２２２間の距離である。 The signal current due to cathode conduction can be many times the generated current (the generated current is equal to the number of electrons or holes generated per second by the injection current. As mentioned above, the generated current is further Can be many times the injection current). When a given bias is applied between the electrical contacts 220, 222, the signal current due to cathodic conduction is the ratio a / b (where a is the distance traveled by carriers before recombining and b is electrical This can be increased by increasing the distance between the contacts 220 and 222. More precisely, the ratio of the current due to cathode conduction to the generated current is expressed by the following equation.
s / d = μEτ 1 / d = τ 1 τ d (2)
Where S = μEτ 1 is the “Schubweg” or mean free path before recombination, μ is the mobility, τ l is the recombination lifetime, and τ d is the electrical contact 220. , 222 and d is the distance between the electrical contacts 220, 222.

全体として、システム２００の中には、信号電流を得るための２つの仕組みが構成される。第１の仕組みは、注入される電子毎に伝導領域２２４内に数多くの電子‐正孔対が生成され得るという事実に由来する。第２の仕組みは、生成されるキャリアが移動する平均距離が電気的コンタクト２２０，２２２間の距離よりも長い場合には、電気的コンタクト２２０，２２２を通って流れる陰極電流が生成電流よりも非常に大きくなり得るという事実に由来する。陰極伝導による電流の大きさは、プローブチップ２０８及び電気的コンタクト２２０，２２２に印加される電圧，形状（例えば、電気的コンタクト２２０，２２２間の距離），導体材料バンドギャップなどに依存する。一般的に、陰極伝導の利得と帯域幅（信号電流の周波数応答）との間にはトレードオフがあるが、陰極伝導体材料の利得‐帯域幅の積は非常に高くすることができる。   Overall, the system 200 is configured with two mechanisms for obtaining a signal current. The first mechanism stems from the fact that many electron-hole pairs can be generated in the conduction region 224 for each injected electron. In the second mechanism, when the average distance traveled by the generated carriers is longer than the distance between the electrical contacts 220 and 222, the cathode current flowing through the electrical contacts 220 and 222 is much higher than the generated current. Derived from the fact that it can be large. The magnitude of the current due to cathode conduction depends on the voltage applied to the probe tip 208 and the electrical contacts 220 and 222, the shape (for example, the distance between the electrical contacts 220 and 222), the conductor material band gap, and the like. In general, there is a trade-off between cathode conduction gain and bandwidth (frequency response of signal current), but the cathode conductor material gain-bandwidth product can be very high.

上記の方式は、ビットを表面構造によって格納する任意の記憶媒体に用いることができることに留意されたい。従って、データ記憶媒体には、ビットを表面構造によって格納することができる任意の材料又は１組の材料を用いることができる。ビットには窪みか、突起或いはその両方の組み合わせを用いることができ、熱的な書込み以外の手段によって書き込まれることができる。さらに、複数のプローブチップ及び伝導性材料（領域）を並列に用いて、より高いデータ読出し及び書込み速度を達成することができる。さらに、複数のプローブチップに対して、１つの伝導性領域を用いることができる。しかしながら、所与の時点でアクティブであるプローブチップ（プローブ先端構造）毎に少なくとも１つの伝導性領域が存在しなければならない。   It should be noted that the above scheme can be used for any storage medium that stores bits by surface structure. Thus, the data storage medium can be any material or set of materials that can store bits by surface structure. The bits can use depressions, protrusions, or a combination of both, and can be written by means other than thermal writing. In addition, multiple probe tips and conductive materials (regions) can be used in parallel to achieve higher data read and write speeds. Furthermore, one conductive region can be used for a plurality of probe tips. However, there must be at least one conductive region for each probe tip (probe tip structure) that is active at a given time.

別の実施形態では、検知機構（すなわち、電気的コンタクト及び伝導領域）が、微細加工されたサスペンション機構として同じプラットフォーム上に形成され得る。図３は、本発明の別の実施形態によるデータ記憶システム３００を示す図である。システム２００（図２参照）と同様に、データ記憶システム３００は、電圧源３０４及びカンチレバー３０６を含むサスペンション機構３０２を備える。プローブチップ３０８及び電子放出器３１２は、カンチレバー３０６に結合され、電子放出器３１２は、電圧源３０４に結合される。電子放出器３１２は、単一の先鋭なチップ構造（先端構造）からなる必要はない。電子放出器３１２として、多数の先鋭な先端構造の又は広いフラットな放出器を用いることもできる。より大きな放出面積にわたって統計的に平均されるときに、放出される電子流の部分的な変動の影響が小さくなる傾向があるので、大きな全放出面積を有する放出器が有利である。軟らかいポリマー層３２０がデータ記憶媒体としての役割を果たし、一方、より硬いポリマー層３２２が軟らかいポリマー層３２０内のビット３１０（１つ又は複数）の深さを制限する。より硬いポリマー層３２２は、シリコンのような基板３２４上に積層される。   In another embodiment, the sensing mechanism (i.e., electrical contact and conductive region) can be formed on the same platform as the micromachined suspension mechanism. FIG. 3 is a diagram illustrating a data storage system 300 according to another embodiment of the invention. Similar to system 200 (see FIG. 2), data storage system 300 includes a suspension mechanism 302 that includes a voltage source 304 and a cantilever 306. Probe tip 308 and electron emitter 312 are coupled to cantilever 306, and electron emitter 312 is coupled to voltage source 304. The electron emitter 312 does not need to have a single sharp tip structure (tip structure). As the electron emitter 312, a number of sharp tip structures or a wide flat emitter can be used. An emitter with a large total emission area is advantageous because the effect of partial variations in the emitted electron current tends to be small when statistically averaged over a larger emission area. The soft polymer layer 320 serves as a data storage medium, while the harder polymer layer 322 limits the depth of the bit 310 (s) in the soft polymer layer 320. A harder polymer layer 322 is laminated onto a substrate 324 such as silicon.

システム３００は、検知機構も備えており、この検知機構は、２つのコンタクト３１４，３１６と伝導領域３１８とを備える。しかしながら、システム３００では、２つのコンタクト３１４，３１６及び伝導領域３１８がサスペンション機構３０２として同じプラットフォーム上に形成される。しかしながら、この実施形態では、プローブチップ３０８がビット３１０から出るときに、電子放出器３１２から伝導領域３１６内に、より多くの電子が注入される。従って、先に記載された数学的／電気的な関係がシステム３００に当てはまる。   The system 300 also includes a sensing mechanism that includes two contacts 314, 316 and a conductive region 318. However, in system 300, two contacts 314, 316 and conductive region 318 are formed on the same platform as suspension mechanism 302. However, in this embodiment, more electrons are injected from the electron emitter 312 into the conduction region 316 as the probe tip 308 exits the bit 310. Accordingly, the mathematical / electrical relationships described above apply to the system 300.

本発明の別の実施形態によれば、電子の放出が記憶媒体から直接に検知されることができる場合には、システム２００及び３００内に上記のような検知機構を備える必要はない。図４は、本発明のさらに別の実施形態によるデータ記憶システム４００を示す。システム３００と同様に、システム４００は、電圧源４０４及びカンチレバー４０６を含むサスペンション機構４０２を備える。プローブチップ４０８及び電子放出器４１２がカンチレバー４０６に結合され、電子放出器４１２は、電圧源４０４に結合される。しかしながら、システム４００は、シリコンのような基板４１８上に積層されるより硬いポリマー層４１６とともに、データ記憶媒体としての役割を果たす伝導層４１４を備える。   According to another embodiment of the present invention, if the emission of electrons can be detected directly from the storage medium, it is not necessary to include a detection mechanism as described above in the systems 200 and 300. FIG. 4 illustrates a data storage system 400 according to yet another embodiment of the invention. Similar to system 300, system 400 includes a suspension mechanism 402 that includes a voltage source 404 and a cantilever 406. Probe tip 408 and electron emitter 412 are coupled to cantilever 406, and electron emitter 412 is coupled to voltage source 404. However, the system 400 includes a conductive layer 414 that serves as a data storage medium with a harder polymer layer 416 deposited on a substrate 418 such as silicon.

図４の実施形態によれば、伝導層４１４は、電子放出器４１２から放出される電子を収集するための陽極として機能することができる。これが事実であるとすると、その層に接続される必要があるのは、１つのコンタクト４２０だけである。このコンタクト４２０は、放出される電子の流れの大きさを検出するための電流モニタに接続することができるか、又は電圧源に接続することができる。後者の場合、放出される電子の流れは、システム４００のプローブ側においてモニタすることができる。   According to the embodiment of FIG. 4, the conductive layer 414 can function as an anode for collecting electrons emitted from the electron emitter 412. If this is the case, only one contact 420 needs to be connected to that layer. This contact 420 can be connected to a current monitor for detecting the magnitude of the emitted electron flow, or it can be connected to a voltage source. In the latter case, the emitted electron flow can be monitored on the probe side of the system 400.

さらに、大きな放出エリアが実装される場合には、放出される電子の流れの雑音を最小限に抑えることができる。しかしながら、放出される電子の流れが主にカンチレバー４０６からカンチレバープラットフォーム又は記憶媒体４１４の何れかに向かう場合には、これらの「放出ギャップ」の部分的な変化が小さくなるので、浅いビット４１０に起因して放出される電子の流れの部分的な変化が小さくなるであろう。「上方への」放出と「下方への」放出との比をモニタすることもできることに留意されたい。   Furthermore, when a large emission area is implemented, noise in the emitted electron flow can be minimized. However, if the flow of emitted electrons is primarily directed from the cantilever 406 to either the cantilever platform or the storage medium 414, these partial changes in “emission gap” are reduced due to the shallow bit 410. Thus, a partial change in the flow of emitted electrons will be reduced. Note that the ratio of “upward” and “downward” emissions can also be monitored.

本発明のさらに別の実施形態では、伝導障壁の全て又は一部として絶縁層を用いることができる。図５は、本発明の別の実施形態によるデータ記憶システム５００を示す。システム５００は、伝導障壁５０６を備えており、伝導障壁５０６は１つ又は複数のポリマー層５０２と絶縁層５０４とを備える。一実施形態では、絶縁層５０４は、酸化物などからなる層である。従って、絶縁層５０４の実施形態は、障壁の頑強性，絶縁破壊電圧，及び均一性に関する利点を有することができる。絶縁層５０４は、例えば、システム２００において用いられる陰極伝導による読出しとともに用いることができる。   In yet another embodiment of the invention, an insulating layer can be used as all or part of the conduction barrier. FIG. 5 illustrates a data storage system 500 according to another embodiment of the present invention. The system 500 includes a conductive barrier 506 that includes one or more polymer layers 502 and an insulating layer 504. In one embodiment, the insulating layer 504 is a layer made of an oxide or the like. Thus, embodiments of the insulating layer 504 can have advantages with respect to barrier robustness, breakdown voltage, and uniformity. Insulating layer 504 can be used, for example, with cathode conduction readout used in system 200.

さらに、電気的コンタクトは、種々の異なる幾何学的形状に構成することができる。従って、本発明のさらに別の実施形態では、電気的コンタクトは、伝導性領域に対して垂直に配列される。図６は、本発明の別の実施形態によるデータ記憶システム６００の一実施形態を示す。システム６００は、伝導性領域６０６に対して垂直に配列されるコンタクト６０２，６０４，６０８を備える。   Furthermore, the electrical contacts can be configured in a variety of different geometric shapes. Thus, in yet another embodiment of the present invention, the electrical contacts are arranged perpendicular to the conductive region. FIG. 6 illustrates one embodiment of a data storage system 600 according to another embodiment of the invention. System 600 includes contacts 602, 604, 608 that are arranged perpendicular to conductive region 606.

これは、電界が高くなること，伝導性利得が大きくなること（コンタクト間隔が小さくなることに起因する），媒体コンタクトに対するプローブの場所への信号の依存度が小さくなること，及びバンドの曲がり及び表面再結合のような表面問題に対して信号が影響を受けにくくなることに関して利点を有することができる。これらの表面問題は、生成されるキャリアを捕捉及び／又は再結合することにより、伝導性利得を減少させるようになる。従って、これらの潜在的な問題は、垂直なコンタクト６０２，６０４，６０８を用いて、電界が、生成されるキャリアを表面から遠ざけるようにすることにより改善することができる。 This is due to the higher electric field, higher conductivity gain (due to the smaller contact spacing), less signal dependence on the probe location relative to the media contacts, and band bending and There may be advantages with respect to the signal becoming less sensitive to surface problems such as surface recombination. These surface problems come to reduce the conductive gain by trapping and / or recombining the generated carriers. Thus, these potential problems can be remedied by using vertical contacts 602, 604 , 608 to force the electric field away from the surface of the generated carriers.

さらに、本発明の精神及び範囲内にとどまりながら、種々の他のタイプの荷電粒子検出器を実装することもできる。例えば、本発明の別の実施形態では、陰極ダイオードを用いることができる。図７は、本発明の別の実施形態によるデータ記憶システム７００の一実施形態を示す。システム７００は、陰極ダイオード７０６を備えており、陰極ダイオード７０６は、ｐ型領域７０２とｎ型領域７０４とを備える。   In addition, various other types of charged particle detectors can be implemented while remaining within the spirit and scope of the present invention. For example, in another embodiment of the present invention, a cathode diode can be used. FIG. 7 illustrates one embodiment of a data storage system 700 according to another embodiment of the invention. System 700 includes a cathode diode 706, which includes a p-type region 702 and an n-type region 704.

結果として、陰極ダイオード７０６の或る領域において生成される電子‐正孔対は、内部で生成される電界及び外部からかけられる電界の組み合わせによって分離されるであろう。その後、キャリアは、ダイオード接合面を越えて移動し、結果として、陰極ダイオード７０６のバイアス回路に信号電流が生成されるであろう。   As a result, electron-hole pairs generated in certain regions of the cathode diode 706 will be separated by a combination of an internally generated electric field and an externally applied electric field. Thereafter, the carriers will move beyond the diode junction and as a result, a signal current will be generated in the bias circuit of the cathode diode 706.

別法では、本発明の精神及び範囲内にとどまりながら、生成されるキャリアを検出するための仕組みとともに、エネルギーを有する入射電子が電子‐正孔対を生成することができる半導体領域を含む他のデバイス（陰極トランジスタ、アバランシェダイオードなど）を用いることができる。   Alternatively, while remaining within the spirit and scope of the present invention, other mechanisms including semiconductor regions that allow incident electrons with energy to generate electron-hole pairs, as well as mechanisms for detecting the carriers that are generated. Devices (cathode transistors, avalanche diodes, etc.) can be used.

エネルギーを有する入射電子を用いて半導体材料内に電子‐正孔対を生成するとき、その出力信号は、電流ではなく、半導体内に注入される電力に比例するであろう。これは、注入される電流と比較して、注入される電力を調整するほうが容易であるので有利である。注入される電流を概ね一定に保持するためには、大きな動作抵抗が必要とされる。注入される電力を一定に保持するために必要とされる動作抵抗は、非常に小さい。   When using energetic incident electrons to create electron-hole pairs in a semiconductor material, the output signal will be proportional to the power injected into the semiconductor, not the current. This is advantageous because it is easier to adjust the injected power compared to the injected current. A large operating resistance is required to keep the injected current substantially constant. The operating resistance required to keep the injected power constant is very small.

本発明の別の実施形態は、本発明によるデータ記憶デバイスを実装するコンピュータシステムを含む。図８は、本発明の別の実施形態によるコンピュータシステム８００を示す。コンピュータシステム８００は、データ記憶デバイス８２０に結合される中央処理装置（ＣＰＵ）８１０を備える。データ記憶デバイス８２０は、データ記憶デバイスの上記の実施形態のうちの１つを用いることができることは理解されよう。   Another embodiment of the present invention includes a computer system implementing a data storage device according to the present invention. FIG. 8 illustrates a computer system 800 according to another embodiment of the invention. Computer system 800 includes a central processing unit (CPU) 810 that is coupled to a data storage device 820. It will be appreciated that the data storage device 820 can use one of the above embodiments of the data storage device.

以上を要約すると、次の通りである。すなわち、本発明は、データを記憶するための方法及び装置を含む。従って、本発明の第１の態様は、データ記憶デバイスである。このデータ記憶デバイスは、伝導障壁（２１４）と、サスペンション機構（２０２）上に取り付けられたプローブチップ（２０８）と、伝導障壁（２１４）を通り抜ける電子の流れを放出するためにサスペンション機構（２０２）に結合された電圧源（２０４）と、放出される電子の流れの大きさを検知するための検知機構（２２０〜２２４）とを備えており、電子の流れの大きさは、プローブチップ（２０８）と検知機構（２２０〜２２４）との間の距離に基づいている。   The above is summarized as follows. That is, the present invention includes a method and apparatus for storing data. Accordingly, a first aspect of the present invention is a data storage device. The data storage device includes a conduction barrier (214), a probe tip (208) mounted on the suspension mechanism (202), and a suspension mechanism (202) for emitting a flow of electrons through the conduction barrier (214). And a detection mechanism (220-224) for detecting the magnitude of the emitted electron flow, the magnitude of the electron flow being determined by the probe tip (208). ) And the sensing mechanism (220-224).

データ記憶デバイス及びデータ記憶デバイス内のデータを読み出す方法が開示されてきた。本発明は、図示された実施形態に従って記載されてきたが、それらの実施形態に対する多数の変形形態が存在することができ、それらの変形形態が本発明の精神及び範囲内に入ることは当業者には容易に理解されよう。従って、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、数多くの変更が当業者によってなされることができる。   Data storage devices and methods for reading data in data storage devices have been disclosed. Although the present invention has been described in accordance with the illustrated embodiments, many variations to those embodiments can exist and those skilled in the art will recognize that these variations are within the spirit and scope of the present invention. Will be easily understood. Accordingly, many modifications can be made by one skilled in the art without departing from the spirit and scope of the invention.

本発明の一実施形態による方法を示すフローチャートである。4 is a flowchart illustrating a method according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態によるデータ記憶システムを示す図である。1 illustrates a data storage system according to an embodiment of the present invention. 本発明の別の実施形態によるデータ記憶システムを示す図である。FIG. 3 illustrates a data storage system according to another embodiment of the present invention. 本発明の別の実施形態によるデータ記憶システムを示す図である。FIG. 3 illustrates a data storage system according to another embodiment of the present invention. 本発明のさらに別の実施形態によるデータ記憶システムを示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a data storage system according to yet another embodiment of the present invention. 本発明のさらに別の実施形態によるデータ記憶システムを示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a data storage system according to yet another embodiment of the present invention. 本発明のさらに別の実施形態によるデータ記憶システムを示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a data storage system according to yet another embodiment of the present invention. 本発明の別の実施形態によるコンピュータシステムを示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a computer system according to another embodiment of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

２００ システム
２０２，３０２，４０２ サスペンション機構
２０４，３０４，４０４ 電圧源
２０８，３０８，４０８ プローブチップ
２１０，３１０，４１０ ビット
２１４，伝導障壁
２２０，２２２，３１４，３１６，４２０ コンタクト
２２４，３１８ 伝導領域 200 system 202, 302, 402 suspension mechanism 204, 304, 404 voltage source 208, 308, 408 probe tip 210, 310, 410 bit 214, conduction barrier 220, 222, 314, 316, 420 contact 224, 318 conduction region

Claims (8)

（Ａ） 伝導障壁と、
（Ｂ） サスペンション機構上に取り付けられたプローブチップと、
（Ｃ） 前記伝導障壁を通り抜ける電子の流れを放出するために前記サスペンション機構に結合された電圧源と、
（Ｄ） 放出される電子の流れの大きさを検知するための検知機構であって、前記伝導障壁に結合された伝導領域と、前記プローブチップから放出される電子の流れによって前記伝導領域内に誘導される電流をモニタするために設けられた、前記伝導領域のうち前記伝導障壁の両側部に位置する２つのマイナス側の電気的コンタクト及び前記伝導領域のうち前記マイナス側の電気的コンタクトとは反対に位置する１つのプラス側の電気的コンタクトとを有する前記検知機構と、
を備え、
前記電子の流れの大きさは、前記プローブチップと前記検知機構との間の距離に基づいていること、
を特徴とするデータ記憶デバイス。 (A) a conduction barrier;
(B) a probe tip mounted on the suspension mechanism;
(C) a voltage source coupled to the suspension mechanism to emit a flow of electrons through the conduction barrier;
(D) A detection mechanism for detecting the magnitude of the emitted electron flow , wherein the conduction region is coupled to the conduction barrier and the electron flow emitted from the probe tip is within the conduction region. Two minus side electrical contacts located on both sides of the conduction barrier of the conduction region and the minus side electrical contact of the conduction region provided for monitoring the induced current Said sensing mechanism having one positive electrical contact located oppositely;
With
The magnitude of the electron flow is based on the distance between the probe tip and the sensing mechanism;
A data storage device. 前記伝導領域は、陰極伝導性材料を含むことを特徴とする請求項１に記載のデータ記憶デバイス。 The data storage device of claim 1 , wherein the conductive region comprises a cathode conductive material. 前記３つの電気的コンタクトは、前記伝導領域に対して垂直に配列されることを特徴とする請求項１に記載のデータ記憶デバイス。 The data storage device of claim 1 , wherein the three electrical contacts are arranged perpendicular to the conductive region. 前記伝導障壁は、ポリマー材料からなる少なくとも１つの層を備えることを特徴とする請求項１に記載のデータ記憶デバイス。 The conductive barrier is a data storage device of claim 1, wherein the obtaining Bei at least one layer of polymeric material. データ記憶デバイス内のデータを読み出す方法であって、
（ａ） データ記憶媒体を含む伝導障壁を配設するステップと、
（ｂ） サスペンション機構を介して前記伝導障壁にわたってプローブチップを吊り下げた状態で支持するステップと、
（ｃ） 前記サスペンション機構に結合された電圧源から前記伝導障壁を通り抜ける電子の流れを放出するステップと、
（ｄ） 前記伝導障壁に結合された伝導領域と、前記プローブチップから放出される電子の流れによって前記伝導領域内に誘導される電流をモニタするために設けられた、前記伝導領域のうち前記伝導障壁の両側部に位置する２つのマイナス側の電気的コンタクト及び前記伝導領域のうち前記マイナス側の電気的コンタクトとは反対に位置する１つのプラス側の電気的コンタクトとを有する検知機構を用いて、前記電圧源から放出される電子の流れの大きさを検知するステップと、
を含み、
前記電子の流れの前記大きさは、前記プローブチップと前記検知機構との間の距離に基づいていること、
を特徴とする方法。 A method of reading data in a data storage device,
(A) providing a conduction barrier including a data storage medium;
(B) supporting the probe tip in a suspended state over the conduction barrier via a suspension mechanism;
(C) releasing a flow of electrons through the conduction barrier from a voltage source coupled to the suspension mechanism;
(D) a conduction region coupled to the conduction barrier and the conduction region of the conduction region provided for monitoring a current induced in the conduction region by a flow of electrons emitted from the probe tip; Using a sensing mechanism having two negative electrical contacts located on both sides of the barrier and one positive electrical contact located opposite the negative electrical contact in the conductive region Detecting the magnitude of the flow of electrons emitted from the voltage source;
Including
The magnitude of the electron flow is based on a distance between the probe tip and the detection mechanism;
A method characterized by. 前記電子の流れの前記大きさを検知するステップは、
（ｅ） 前記伝導障壁に伝導領域を結合するステップと、
（ｆ） 前記電圧源から放出される電子によって前記伝導領域内に誘導される電流をモニタするために、前記伝導領域に前記３つの電気的コンタクトを結合するステップと、
をさらに含むことを特徴とする請求項５に記載の方法。 Detecting the magnitude of the electron flow comprises:
(E) coupling a conductive region to the conductive barrier;
(F) to monitor the current induced in the conductive region by electrons emitted from said voltage source, and coupling said three electrical contacts to the conductive region,
The method of claim 5 , further comprising: 前記伝導領域は、陰極伝導性材料を含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。 The conductive region A method according to claim 6, characterized in that it comprises a cathode conductive material. 前記伝導領域に前記３つの電気的コンタクトを結合するステップは、前記伝導領域に前記３つの電気的コンタクトを垂直方向に結合するステップをさらに含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。 The method of claim 6 , wherein coupling the three electrical contacts to the conductive region further comprises coupling the three electrical contacts to the conductive region in a vertical direction. .
JP2004225222A 2003-08-01 2004-08-02 Data storage device and method for reading data in the data storage device Expired - Fee Related JP4234077B2 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US10/632,251 US7133351B2 (en) 2003-08-01 2003-08-01 Data storage device and a method of reading data in a data storage device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2005056554A JP2005056554A (en) 2005-03-03
JP4234077B2 true JP4234077B2 (en) 2009-03-04

Family

ID=34104316

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2004225222A Expired - Fee Related JP4234077B2 (en) 2003-08-01 2004-08-02 Data storage device and method for reading data in the data storage device

Country Status (3)

Country Link
US (1) US7133351B2 (en)
JP (1) JP4234077B2 (en)
DE (1) DE102004012031B4 (en)

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7260051B1 (en) * 1998-12-18 2007-08-21 Nanochip, Inc. Molecular memory medium and molecular memory integrated circuit
US20020138301A1 (en) * 2001-03-22 2002-09-26 Thanos Karras Integration of a portal into an application service provider data archive and/or web based viewer
US7233517B2 (en) * 2002-10-15 2007-06-19 Nanochip, Inc. Atomic probes and media for high density data storage
US20050157575A1 (en) * 2003-12-03 2005-07-21 International Business Machines Corporation Storage device and method
US20050243660A1 (en) * 2004-04-16 2005-11-03 Rust Thomas F Methods for erasing bit cells in a high density data storage device
US20050243592A1 (en) * 2004-04-16 2005-11-03 Rust Thomas F High density data storage device having eraseable bit cells
US7212488B2 (en) * 2005-03-21 2007-05-01 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Method and device enabling capacitive probe-based data storage readout
US20070041237A1 (en) * 2005-07-08 2007-02-22 Nanochip, Inc. Media for writing highly resolved domains
US7463573B2 (en) * 2005-06-24 2008-12-09 Nanochip, Inc. Patterned media for a high density data storage device
US20070008866A1 (en) * 2005-07-08 2007-01-11 Nanochip, Inc. Methods for writing and reading in a polarity-dependent memory switch media
US20070008867A1 (en) * 2005-07-08 2007-01-11 Nanochip, Inc. High density data storage devices with a lubricant layer comprised of a field of polymer chains
US20070008865A1 (en) * 2005-07-08 2007-01-11 Nanochip, Inc. High density data storage devices with polarity-dependent memory switching media
US20080001075A1 (en) * 2006-06-15 2008-01-03 Nanochip, Inc. Memory stage for a probe storage device
US20080175033A1 (en) * 2007-01-19 2008-07-24 Nanochip, Inc. Method and system for improving domain stability in a ferroelectric media
US20080174918A1 (en) * 2007-01-19 2008-07-24 Nanochip, Inc. Method and system for writing and reading a charge-trap media with a probe tip
US20080233672A1 (en) * 2007-03-20 2008-09-25 Nanochip, Inc. Method of integrating mems structures and cmos structures using oxide fusion bonding

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4575822A (en) * 1983-02-15 1986-03-11 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Method and means for data storage using tunnel current data readout
DE3854173T2 (en) * 1987-08-25 1995-11-30 Canon Kk Coding device.
EP0363147B1 (en) * 1988-10-04 1996-06-05 Canon Kabushiki Kaisha Recording and reproducing apparatus and recording and reproducing method and recording medium for the recording and reproducing method
JPH06187675A (en) * 1992-09-25 1994-07-08 Canon Inc Information processor and information processing method using the same
US5856967A (en) 1997-08-27 1999-01-05 International Business Machines Corporation Atomic force microscopy data storage system with tracking servo from lateral force-sensing cantilever
US6519221B1 (en) 1999-11-12 2003-02-11 Massachusetts Institute Of Technology High-density data storage using atomic force microscope

Also Published As

Publication number Publication date
DE102004012031A1 (en) 2005-03-10
JP2005056554A (en) 2005-03-03
DE102004012031B4 (en) 2008-05-08
US20050025034A1 (en) 2005-02-03
US7133351B2 (en) 2006-11-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4234077B2 (en) Data storage device and method for reading data in the data storage device
US6507552B2 (en) AFM version of diode-and cathodoconductivity-and cathodoluminescence-based data storage media
US6473388B1 (en) Ultra-high density information storage device based on modulated cathodoconductivity
US6806630B2 (en) Electron emitter device for data storage applications and method of manufacture
JP2005135576A (en) Data storage device comprising conductive probe and ferroelectric storage medium
JP2004127935A (en) Tunnel emission device having nanohole opening
US6643248B2 (en) Data storage device
JP4072145B2 (en) Data storage device and method for reading data in data storage device
JP2994505B2 (en) Information playback device
US7057997B2 (en) Class of electron beam based data storage devices and methods of use thereof
JP2003196893A (en) Supplementary energy source for atomic resolution storage memory device
US6617597B2 (en) Circuits and methods for electron-beam control
KR100817309B1 (en) Device and method for storing the high density data
JP4629314B2 (en) Atomic resolution storage device
CN100474421C (en) Memory medium based on current distribution
US6872964B2 (en) Data storage device
US20050237906A1 (en) High density data storage
JP3595001B2 (en) Recording medium and recording / reproducing method
JPH08315433A (en) Information processor and information processing method
KR19990069112A (en) Near field emitters and high density recording devices using the same

Legal Events

Date Code Title Description
A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20070731

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20071022

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20081114

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20081210

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111219

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees